De l'infiniment grand à l'infiniment petit... | | | | |
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Définition | | début...   | | |
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Voici présenté ici un voyage dans l'Univers de la plus grande à la plus petite distance.
Cette notion de distance commence à 14 milliards d'années lumière (taille de l'Univers) et finit à 10 atomes mètre (taille du quark).
L'univers visible a un rayon de 14 milliards d'années lumière simplement parce qu'il est âgé d'environ 14 milliards d'années.
La véritable taille de l'univers doit être plus importante que celle de l'univers visible, mais nous n'irons pas plus loin.
Expérimentalement, la taille d'un fermion élémentaire n'a jamais pu être mesurée, un quark est un fermion élémentaire.
Un quark est théoriquement une particule ponctuelle, elle ne doit donc pas avoir de taille... | | Multiples | nom |
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| 1024 mètres | yottamètre | | 1021 mètres | zettamètre | | 1018 mètres | examètre | | 1015 mètres | petamètre | | 1012 mètres | teramètre | | 109 mètres | gigamètre | | 106 mètres | megamètre | | 103 mètres | kilomètre | | 102 mètres | hectomètre | | 101 mètres | décamètre |
| | | Sous multiples | nom |
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| 10-1 mètre | décimètre | | 10-2 mètre | centimètre | | 10-3 mètre | millimètre | | 10-6 mètre | micromètre | | 10-9 mètre | nanomètre | | 10-12 mètre | picomètre | | 10-15 mètre | femtomètre | | 10-18 mètre | attomètre | | 10-21 mètre | zeptomètre | | 10-24 mètre | yoctomètre |
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100 mètre 1 mètre, c’est la distance à laquelle on peut voir les branches des arbres. | | 
| | La branche ou le rameau supporte les feuilles d'un arbre ou d'un arbuste.
Les feuilles, organes spécialisés dans la photosynthèse, existent chez presque tous les végétaux. |
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10-1 mètre 10 centimètres, c’est la distance à laquelle on peut voir chaque feuille des arbres. | | 
| | La feuille est le principal organe photosynthétique des plantes vasculaires, constitué par une excroissance latérale de la tige.
Une feuille typique est composée d’un pétiole, appelé pédoncule, qui assure la fixation à la tige d’une partie large et plate, le limbe. À la base du pétiole, on rencontre parfois deux petites expansions en forme de lames, les stipules. |
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10-2 mètre 1 centimètre, c’est la distance à laquelle on peut voir la nervure d'une feuille. | | 
| | Les nervures d’un limbe ou d’une foliole de plante présentent plusieurs types de disposition. Lorsque les nervures sont pennées (telles celles des feuilles de l’orme), une nervure médiane relativement épaisse relie la base à la pointe du limbe et sert de point de départ à des nervures secondaires plus petites, qui se divisent elles-mêmes en nervures tertiaires.
Dans les feuilles à nervures palmées, comme celles de l’érable, plusieurs nervures de grosseur à peu près égale partent de la base de la feuille et se divisent en nervures secondaires et tertiaires. |
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10-3 mètre 1 millimètre, c’est la distance à laquelle on peut voir plus de détail sur la structure d'une feuille. | | 
| | L'épiderme de la feuille protège un tissu interne, le mésophile. Celui-ci comprend deux types de parenchymes. |
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10-4 mètre 100 microns, c’est la distance à laquelle on peut voir les cellules de la feuille. | | 
| | Le parenchyme dit palissadique est formé de cellules régulièrement disposées sous l’épiderme de la face supérieure de la feuille. Le parenchyme dit lacuneux (car il présente des espaces libres, ou lacunes, entre les cellules) se trouve au contact de l’épiderme de la face inférieure, riche en stomates.
Les lacunes sont remplies par les gaz qui circulent à travers les orifices des stomates (ostioles) : il s’agit de l’entrée de gaz carbonique et de la sortie d’oxygène. |
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10-5 mètre 10 microns, c’est la distance à laquelle on peut voir plus de détails sur les cellules de la feuille. | | 
| | Les premières cellules se groupent en feuillets, puis en régions, et se différencient progressivement en un ou plusieurs types cellulaires particuliers, qui donneront naissance à des organes ou à des membres différents. |
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10-6 mètre 1 micron, c’est la distance à laquelle on peut voir la cellule entièrement. | | 
| | Au moment où ce processus de différenciation cellulaire se déclenche, les cellules des différents feuillets observés au microscope ont encore le même aspect. Pourtant, pour chacune d’elles, une combinaison spécifique de gènes régulateurs est activée.
Ces gènes, dits homéotiques ou sélecteurs, codent pour des facteurs de transcription, c’est-à-dire des protéines qui activent ou désactivent l’expression de nombreux gènes en se fixant à l’ADN. |
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10-7 mètre 100 nanomètres, c’est la distance à laquelle on peut voir la chaîne des chromosomes. | | 
| | Le matériel génétique de toutes les cellules, procaryotes et eucaryotes, est composé d’ADN (acide désoxyribonucléique), assemblé par compactage autour de protéines en chromosomes.
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10-8 mètre 10 nanomètres, c’est la distance à laquelle on peut voir la chaîne ADN.
L’acide désoxyribonucléique (souvent abrégé en ADN) est une molécule que l'on retrouve dans tous les organismes vivants.
On dit que l'ADN est le support de l'hérédité car il constitue le génome des êtres vivants et se transmet en totalité ou en partie lors des processus de reproduction. | | 
| | C’est sur ces chromosomes que l’on trouve les gènes. Ceux-ci contrôlent la synthèse des protéines et, d’une façon plus générale, toutes les activités de la cellule. |
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10-9 mètre 10 angströms ou 1 nanomètre, c’est la distance à laquelle on peut voir plus de détails sur les chromosomes. | | 
| | Le chromosome est une structure cellulaire microscopique représentant le support physique des gènes et de l’information génétique, toujours constituée d’ADN, et souvent de protéines.
Les chromosomes existent dans les cellules de tous les êtres vivants, en nombre variable, spécifique à chaque espèce. |
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10-10 mètre 1 angström ou 100 picomètres, c’est la distance à laquelle on peut voir l'atome de carbone.
Autour du noyau gravite un ensemble de particules identiques : les électrons ; les dimensions de ce nuage électronique est de l'ordre d'un angström, correspondent à celles de l'atome. | | 
| | Le carbone est l'élément de symbole C qui est nécessaire à l'existence des organismes vivants et qui a de nombreuses applications industrielles importantes.
Le numéro atomique du carbone est 6. L'élément appartient au groupe 14 du tableau périodique et sa masse atomique est de 12,01. |
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10-11 mètre 10 picomètres, c’est la distance à laquelle on peut voir l'électron avec son atome. | | 
| | L’électron est l’un des constituants fondamentaux de la matière, au même titre que les quarks. Il fait partie de la famille des leptons, qui comprend également le muon, le tauon, et les neutrinos.
De plus, les électrons sont des fermions car leur spin est de 1/2.
Le concept de spin est lié à la théorie quantique, que nous devons au physicien allemand Max Planck, qui a découvert la discontinuité de l'énergie en introduisant la notion de quanta, ainsi qu’au physicien français Louis de Broglie, prix Nobel en 1929 pour avoir découvert, en 1924, la nature ondulatoire des électrons. |
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10-12 mètre 1 picomètre, c’est la distance à laquelle on peut voir l'orbite de l'électron. | | 
| | Les électrons interviennent dans un grand nombre de phénomènes et d’applications.
Tout d’abord, un électron qui tourne autour d'un noyau atomique est équivalent à un courant électrique ; il crée ainsi, perpendiculairement à son orbite, un champ magnétique.
De manière plus générale, le magnétisme, et en particulier l’aimantation de la matière, est la conséquence d’arrangements de spins des électrons. |
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10-13 mètre 100 femtomètres ou fermi, c’est la distance à laquelle on peut voir l'intérieur d'un atome (élément de base de la matière). | | 
| | Un atome (du grec atomos, « indivisible ») est une particule, constituant essentiel de la matière, caractéristique d'un élément chimique.
L'étymologie grecque du mot « atome » souligne le caractère indivisible de cette « particule fondamentale », qui était considérée comme indestructible. |
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10-14 mètre 10 femtomètres ou fermi, c’est la distance à laquelle on peut voir le noyau d'un atome. | | 
| | Vers la fin du XIXe siècle, on découvrit que l'atome n'est pas un élément de matière indivisible.
En 1895, le physicien allemand Wilhelm Conrad Röntgen découvrit les rayons X, capables de pénétrer dans des feuilles de plomb. En 1881, le physicien britannique Joseph John Thomson supposa l'existence de particules chargées négativement et baptisées dix ans plus tard électrons par C. Johnstone Stoney.
En 1896, Henri Becquerel découvrit que certaines substances, comme les sels d'uranium, émettent des rayons pénétrant la matière.
Il devint donc évident que l'atome est bien constitué de plusieurs particules. |
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10-15 mètre 1 femtomètre ou fermi, c’est la distance à laquelle on peut voir un nucléon, constituant du noyau atomique (neutron ou un proton). | | 
| | Le proton est une particule élémentaire constitutive, avec les électrons et les neutrons, des atomes.
Le proton est un nucléon, comme le neutron, et entre dans la composition de tous les noyaux atomiques.
Le proton n’est pas une particule fondamentale (au sens strict du terme) : il est lui-même constitué de deux quarks u (up) et d’un quark d (down).
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10-16 mètre 100 attomètres, c’est la distance à laquelle on peut voir les quark.
Ce n'est qu'en 1975 que les quarks furent détectés expérimentalement. | | 
| | Le quark est une particule fondamentale de la matière, entrant dans la composition des hadrons, comme les protons et les neutrons. Avec les leptons, deuxième grande famille de particules élémentaires, les quarks forment l’ensemble de la matière existante. L’hypothèse de l’existence des quarks a été proposée en 1963 par les physiciens américains Murray Gell-Mann et George Zweig.
Le terme quark est tiré d’une phrase du roman Finnegans Wake de James Joyce :« Three quarks for Mr Mark ». |
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10-18 mètre 1 attomètre =
0,000 000 000 000 000 001 mètre,
c’est la taille d'un Quark | | 
| | Les quarks sont les plus petits éléments de matière. Ils présentent une caractéristique quantique particulière, appelée parfum ou arôme, qui permet de les classer en six familles : up (u), down (d), strange (s), charmed (c), top (t) et beauty (b).
Seuls les quarks u, d et s existent dans la nature, les autres étant créés artificiellement dans les accélérateurs de particules. Ils s'assemblent par groupes de trois pour former les baryons, ou en couples quark-antiquark pour former les mésons.
Le proton et le neutron, constituants fondamentaux du noyau de tout élément chimique, appartiennent à la première famille : le proton est formé de deux quarks u et d'un quark d, tandis que le neutron est formé de deux quarks d et d'un quark u. |
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10-35 mètre C’est la longueur de Planck (longueur limite de la physique quantique, au-delà l'Espace-temps n'a plus de sens...) | | 
| | La constante de Planck a les dimensions du produit d'une énergie par un temps.
On la mesure donc en joule seconde (J.s).
Sa valeur, dans le Système international d'unités, est : h = 6,626176.10-34 J.s.
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